[論文レビュー] Ferroelectricity in Silver Perovskite Oxides

Desheng Fu, Mitsuru Itoh|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2011

Ferroelectric and Piezoelectric Materials被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、銀を含有するペロブスカイト酸化物、特にAgNbO3およびAgTaO3における反強誘電性特性を調査している。AgNbO3は室温で反強誘電相を示すが、高電場または化学的置換によって高分極化の強誘電相に転移可能であり、その結果、圧電素子に最適な強い電機械的応答を示す。AgTaO3は当初は量子反強誘電体であるが、ドーピングによって強誘電性を獲得可能であり、銀ペロブスカイトが先進的機能材料としての可能性を有することを示している。

ABSTRACT

There are two silver perovskite oxides: AgNbO3 and AgTaO3. AgNbO3 has a noncentrosymmetric group of Pmc21 at room temperature with a ferri-electric ordering of polarization. Such a ferri-electric state with small polarization can be changed into a ferroelectric state with very large polarization by a high electric field or by a chemical modification. The induced ferroelectric phase shows promising electromechanical response for applications in piezoelectric devices. In contrast, AgTaO3 is a quantum paraelectric, but ferroelectricity also can be induced through chemical substitution. The findings of good ferroelectric and piezoelectric performance in the silver perovskites are hoped to trigger further theoretical and experimental investigations on these systems.

研究の動機と目的

• 銀ペロブスカイト酸化物AgNbO3およびAgTaO3における内在的強誘電性挙動を調査すること。
• 高電場などの外部刺激を用いたAgNbO3における反強誘電相から強誘電相への遷移を調査すること。
• 当初は量子反強誘電体であるAgTaO3に、化学置換を施すことによって強誘電性を誘発できるかを検討すること。
• これらの材料の電機械的性能を評価し、圧電素子への応用可能性を検討すること。
• その有望な機能的特性を踏まえ、銀ペロブスカイト酸化物に関するさらなる理論的および実験的研究を促進すること。

提案手法

• 群論を用いた結晶構造および対称性の分析により、室温におけるAgNbO3の非対称性空間群がPmc21であることを特定する。
• 高電場を印加することで、AgNbO3における反強誘電相から強誘電相への相転移を誘発する。
• ドーピングによる化学的改質を用いて、AgNbO3における高分極化強誘電相の安定化を図る。
• AgTaO3を量子反強誘電体系として調査し、化学置換による強誘電性の誘発反応を検討する。
• 理論的および実験的データを統合し、構造的変化と分極挙動、電機械的応答との相関を分析する。
• 外部電場下での測定分極およびひずみ応答に基づき、圧電性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高電場を印加することで、AgNbO3の反強誘電相が高分極化強誘電相に転移可能か？
• RQ2 AgNbO3における強誘電相の安定化に化学的改質が果たす役割は何か？
• RQ3 AgTaO3はなぜ量子反強誘電体のままであるのか？ドーピングによってその強誘電性を誘発できるか？
• RQ4 AgNbO3に誘発された強誘電相の電機械的応答は何か？また、従来の強誘電体と比較してどうか？
• RQ5 銀ペロブスカイト酸化物に強い強誘電性をもたらす構造的および電子的要因は何か？

主な発見

• AgNbO3は室温で非対称性空間群Pmc21を有し、微小な分極を示す反強誘電相を支持する。
• 高電場を印加することで、AgNbO3の反強誘電相が高分極化強誘電相に転移する。
• AgNbO3に誘発された強誘電相は強い電機械的応答を示し、圧電素子への適用が適していることが示された。
• AgTaO3は室温で量子反強誘電体であるが、化学置換により強誘電性に転化可能である。
• 本研究により、銀ペロブスカイトは調整可能な強誘電性を有することが明らかとなり、その機能的潜在能力のさらなる探求が促された。
• 研究結果から、銀ペロブスカイト酸化物は次世代の圧電および強誘電素子への有望な候補であることが示唆された。